Vetenskapen om hur slem fungerar

Du vet om slem. Du har antingen gjort det som ett vetenskapsprojekt eller blåst den naturliga versionen ur din näsa. Vet du vad som skiljer slem från en vanlig vätska? Här är en titt på vetenskapen om vad slem är, hur det bildas och dess speciella egenskaper.

Slem flyter som en vätska, men till skillnad från kända vätskor (t.ex. olja, vatten), är dess förmåga att flyta, eller viskositet, är inte konstant. Så det är en vätska, men inte en vanlig vätska. Forskare kallar ett material som förändrar viskositeten för en icke-Newtonsk vätska. Den tekniska förklaringen är att slem är en vätska som ändrar dess förmåga att motstå deformation enligt skjuvning eller dragspänning.

Vad detta betyder är att när du häller slam eller låter det strömma genom fingrarna har det en låg viskositet och flyter som en tjock vätska. När du pressar en icke-Newtonsk slem, som oobleck, eller slår den med näven, känns det hårt, som ett vått fast ämne. Detta beror på att applicering av spänning pressar partiklarna i slemmen, vilket gör det svårt för dem att glida mot varandra.

De flesta typer av slem är också exempel på polymerer. Polymerer är molekyler tillverkade genom att länka samman kedjor av underenheter.

En naturlig form av slem är slemhinne, som huvudsakligen består av vatten, glykoproteinmucinet och salter. Vatten är också huvudingrediensen i vissa typer av humantillverkad slem. Klassikern vetenskapsprojekt slem recept blandar lim, borax och vatten. Oobleck är en blandning av stärkelse och vatten.

Andra typer av slem är främst oljor snarare än vatten. Exempel inkluderar Silly Putty och elektroaktiv slem.

Specifikationerna för hur en typ av slam fungerar beror på dess kemiska sammansättning, men den grundläggande förklaringen är att kemikalier blandas för att bilda polymerer. Polymererna fungerar som ett nät, med molekyler som glider mot varandra.

För ett specifikt exempel kan du tänka på de kemiska reaktionerna som ger klassisk lim-och-borax-slime:

1. Två lösningar kombineras för att göra klassisk slem. Den ena är utspädd skollim eller polyvinylalkohol i vatten. Den andra lösningen är borax (Na₂B₄O₇.10H₂O) i vatten.
2. Borax upplöses i vatten i natriumjoner, Na⁺och tetraborerade joner.
3. Tetraboratjonerna reagerar med vatten för att producera OH^- jon och borsyra:
   B₄O₇^2-(aq) + 7 H₂O 4 H₃BO₃(aq) + 2 OH^-(Aq)
4. Borsyra reagerar med vatten för att bilda boratejoner:
   H₃BO₃(aq) + 2 H₂O B (OH)₄^-(aq) + H₃O⁺(Aq)
5. Vätebindningar bildas mellan boratjonen och OH-grupperna i polyvinylalkoholmolekylerna från limet, och kopplar dem samman för att bilda en ny polymer: slem.

Den tvärbundna polyvinylalkoholen fångar mycket vatten, så slemet är vått. Du kan justera slimmets konsistens genom att kontrollera förhållandet mellan lim och borax. Om du har ett överskott av utspädd lim jämfört med en boraxlösning, begränsar du antalet tvärbindningar som kan bildas och få en mer flytande slem. Du kan också justera receptet genom att begränsa mängden vatten du använder. Till exempel kan du blanda boraxlösningen direkt med lim och ge en mycket styv slem.